Режимные мероприятия по экономии топлива экономичное распределение нагрузки между котлоагрегатами

В практике работы котельных правильному распределению нагрузок между котлоагрегатами не всегда уделяется должное внимание, в связи с чем впол­не доступная экономия топлива часто не реализуется. Наименьшие удельные расходы топлива достигаются при распределении нагрузок между котлами методом равенства относительных приростов расхода топлива. Для каждого котлоагрегата может быть построена расходная характеристика, представляющая собой гра­фическую зависимость расхода топлива от количества выработанного пара (тепловой энергии). Характеристика должна быть определена экспериментально при работе котлоагрегата. Расходные характеристики котлоагрегатов, приведенные на рис. 7, можно выразить в виде функциональных зависимостей: В₁ = f(D₁) и В₂ = f(D₂), где В₁, В₂— часовой расход топлива coответственно котлами № 1 и № 2; D₁, D₂ — паро- или теплопроизводительность этих котлов [3, 16].

Суммарная выработка пара (тепловой энергии) в единицу времени двумя котлами составляет D_Σ. Если котел № 1 загружен до значения D₁, то загрузка котла № 2 составит D₂ = D_Σ — D₁. Следовательно, В₁= f(D₁) и B₂=f(D_Σ — D₁).

Суммарный расход топлива на два котла составит

В_Σ= В₁ + В₂ = f (D₁) + f(D_Σ — D₁). (3)

Для того чтобы расход топлива В_Σ был наименьшим необходимо, чтобы первая производная суммы в правой части уравнения, взятая по нагрузке любого из котлов равнялась нулю, а вторая производная была положительной. Таким образом, условие минимума суммарного расхода топлива В_Σ можно получить в результате дифференцирования выражения (3), например по D₁, т. е.

(4)

Производная dD₂/dD₁ может быть определена из условия D₁+D₂=D_Σ=const, следовательно dD₁+dD₂=0. Разделив последнее выражение на dD₁, получим 1+ dD₂/dD₁=0 или dD₂/dD₁= - 1. Подставляя в правую часть выражения (4) dD₂/dD₁= - 1, получаем

(5)

Это выражение показывает, что для получения мини­мального суммарного расхода топлива каждый из котлов.

Рис. 7. Расходные характеристики котлоагрегатов № 1 (а) и № 2 (б)

D_H1; D_H2—номинальная производительность котлоагрегатов; B`<sub>1</sub>, B`₂ — расход топлива при нахождении котлоагрегатов в горячем резерве.

Должен нести такую нагрузку, при которой наклон каса­тельной к характеристике одного агрегата равен наклону касательной к характеристике другого агрегата, или tgα₁=tgα₂.

Заменив производные в выражении (5) отношениями ΔВ и ΔD, получим условие минимального суммарного расхода топлива в котельной в виде

(6)

Величину, характеризующую удельный прирост рас­хода топлива ΔB₁ и ΔВ₂, отнесенный к дополнительной производительности котлов ΔD₁и ΔD₂, принято называть относительным приростом расхода топлива.

Рис. 8. Эквидистантные рас­ходные характеристики котлоагрегатов

Если котлоагрегаты одинаковы, то у них общая ха­рактеристика B = f(D), т. е. для выработки одного и того же количества пара (тепловой энергии) D каждым котлом потребуется одинаковый расход топлива В и со­отношение (6) выдерживается. Следовательно, между одина­ковыми котлоагрегатами сум­марная нагрузка должна рас­пределяться поровну. Это же правило распространяется на котлоагрегаты с эквидистант­ными характеристиками (рис. 8), т. е. с такими характери­стиками, у которых наклоны касательных в точках, соответ­ствующих равным значениям производительности (D₁ = D₂), одинаковы и которые отлича­ются только расходом топлива котлоагрегатами при нахожде­нии их в горячем резерве без выдачи пара (тепловой энергии) — В'₁ и В'₂.

Относительный прирост расхода топлива

Δb = ΔB/ΔD = tg а. (7)

В котельной должно быть составлено расписание, ко­торым следует руководствоваться для экономичного распределения нагрузки между котлоагрегатами и оче­редности их розжига и остановки. Длительная остановка котла вызывает значительные расходы топлива на егю растопку (табл. 5). Вопрос о целесообразности останов­ки котла при временном снижении нагрузки решается при сопоставлении возможной экономии топлива за вре­мя остановки котлоагрегата с расходом топлива на роз­жиг его при пуске.

Следует отметить, что распределение нагрузки между любыми котлоагрегатами будет наивыгоднейшим при условии, когда для выполнения данного общего графика нагрузки требуется наименьшее количество первичной энергии (топлива). В системе параллельно работающих агрегатов

экономичность вариантов распределения на­грузки изменяется только за счет изменения дополни­тельного расхода энергии, т. е. определенные расходы на холостой ход агрегатов имеют место при любом распре­делении нагрузки между ними. Следовательно, при возрастании нагрузки совместно работающих агрегатов в первую очередь должен нагружаться тот из них, у ко­торого меньше относительный прирост расхода первичной энергии. Поэтому для экономичного распределения нагрузки используются характеристики относительных приростов, т. е. зависимости между относительными при­ростами расхода первичной энергии и нагрузкой агре­гатов. Характеристики относительных приростов полу­чаются на основе расходных характеристик, которые от­ражают зависимость между количеством энергии, под­водимой к агрегату (первичной) и получаемой от него (вторичной).

Расходная характеристика котла строится по кривым потерь (в зависимости от нагрузки котла). В расходной характеристике котла можно выделить три характерных зоны: сниженных (до 20—40 %), средних (от 20—40 до 80—85 %) и повышенных нагрузок (свыше 80—85 %). Первая зона нагрузок является практически нерабочей, так как режим горения неустойчив: второй зоне соот­ветствуют наиболее экономичные нагрузки котла; третья зона — перегрузочная, для нее характерно резкое воз­растание потерь. Если характеристики относительных приростов криволинейны и не представляется воз­можным выделять зоны нагрузки агрегатов, отличаю­щиеся друг от друга значением относительного прироста, экономичным будет такое распределение на­грузки между совместно работающими (1, 2, …, n) агрегатами, при котором соблюдается равенство относительных приростов, т. е. tgα₁ = tgα₂ =... =tgα_n, а сумма нагрузок отдельных агрегатов равна общей нагрузке, т. е. Q₁ + Q ₂ +... + Q_n = Q. Действительно, если общая нагрузка Q распределена между сов­местно работающими агрегатами таким образом, что у одного из агрегатов при его данной нагрузке относи­тельный прирост расхода тепловой энергии меньше, чем у остальных, т. е.
tgα₁< tgα_n, то этот агрегат следует догрузить, соответственно разгрузив другие. Такое пере­распределение нагрузки следует производить до тех пор, пока нагрузки всех агрегатов не станут соответствовать одному и тому же значению относительного прироста tgα.

Уравнение (7) можно записать в следующем виде:

или ,

где Q₁ — полезная нагрузка первого котла, ГДж/ч Σq — суммарные тепловые потери в котле, ГДж.

Для того чтобы найти относительный прирост расхода топлива котлом при определенной данной нагрузке, не­обходимо определить первую производную потерь либо путем дифференцирования аналитического выражения Σq = f (Q₁), либо путем графического дифференцирова­ния кривой Σq = f (Q₁), построенной по данным испы­таний.

В каждый момент времени относительные приросты расхода топлива для находящихся в работе котлов долж­ны быть равны между собой. Поэтому суммирование нагрузок отдельных котлов следует производить при оди­наковых значениях относительных приростов расхода топлива. Если в котельной работают котлоагрегаты с различными характеристиками относительных при­ростов, то за наименьшее значение относительного при­роста расхода топлива в котельной принимается его наименьшее значение для котлоагрегатов данной ко­тельной. При значении относительного прироста котель­ной меньшем, чем его наименьшее значение для данного котлоагрегата, нагрузка данного котлоагрегата прини­мается равной минимальной; за наибольшее значение относительного прироста котельной принимается его максимальное значение для котлоагрегатов данной ко­тельной. При значении относительного прироста котель­ной большем, чем наибольшее значение относительного прироста данного котла, принимается его максимальное значение.

Покажем построение характеристики относительных приростов котельной из трех разнотипных котлов (рис. 9). Суммирование проводится для тех значений относительных приростов котельной, при которых проис­ходит излом ее характеристики (характерные точки), и, кроме того, для ряда промежуточных значений. Излом характеристики котельной происходит в точках, соот­ветствующих минимальным и максимальным нагрузкам отдельных котлов [7].

Минимальная нагрузка котельной

Первый излом характеристики котельной (точка б на рис. 9) определяется началом загрузки котла II. Нагрузка котельной, соответствующая первому излому ха­рактеристики, равна

Второй излом характеристики котельной (точка в) определяется Началом загрузки котла III:

Аналогично определяются нагрузки, соответствующие другим точкам характеристики относительных приростов котельной.

Энергетическая характеристика котельной строится по тем же характерным точкам, что и характеристика относительных приростов расходов топлива. При этом дополнительно используются энергетические характери­стики отдельных котлов. По тепловым нагрузкам отдель­ных котлов, соответствующих данному значению отно­сительного прироста расхода топлива, из энергетических характеристик находятся расходы топлива. Суммируя эти расходы, получим расход топлива котельной при теп­ловой нагрузке, равной сумме тепловых нагрузок от­дельных котлов. Минимальный расход топлива котель­ной при тепловой нагрузке равен сумме

Рис. 9. Построение характеристики относительных приростов расхода топлива (а) и энергетической характеристики котельной (б) из трех разнотипных котлоагрегатов

минимальных расходов топлива отдельными котлами:

Расход топлива котельной, соответствующий на­грузке , составит

где — расход топлива котлом I при тепловой нагруз­ке .

Расход топлива котельной, соответствующей теп­ловой нагрузке :

где — расход топлива котлом I при тепловой на­грузке ; — расход топлива котлом II при тепло­вой нагрузке .

Аналогично определяются расходы топлива для других значений тепловых нагрузок котельной. Ука­занные характеристики необходимы для определения суммарных расходов топлива котельной за планируе­мый период и оптимального режима работы отдельных котлов.

38. Использование тепловой энергии непрерывной продувки котлоагрегата При избыточном давлении пара Р_к.изб 1,0— 1,3 МПа, наиболее распространенном в отопительно-­производственных котельных, каждый процент продув­ки, если тепловая энергия ее не используется, увели­чивает расход топлива примерно на 0,30 %, а при дав­лении 2,3 МПа — на 0,36%. При максимальной допустимой расчетной продувке по сухому остатку 10 %, установленной для котлов с давлением до 1,3 МПа нормами, и без использования тепловой энергии про­дувочной воды потери топлива могут превысить 3 % об­щего расхода.

Без использования тепловой энергии продувочной воды годовая потеря условного топлива составит

Где — установленная паропроизводительность ко­тельной, кг/ч; — годовое число часов использования установленной паропроизводительности котельной; — среднегодовой эксплуатационный КПД котель­ной установки; — продувка в процентах от паро­производительности; — удельная энтальпия котло­вой воды, кДж/кг; — температура исходной воды на вводе в котельную, °С.

Для использования тепловой энергии непрерывной продувки устанавливают сепаратор и теплообменник (рис. 10). Годовая экономия условного топлива при ис­пользовании тепловой энергии продувочной воды с установкой сепаратора и теплообменника составит

где — удельная энтальпия сепарированной воды, кДж/кг; — температура сепарированной воды после теплообменника, принимаемая обычно равной 40 °С;

— доля сепарированного пара (табл.); — удель­ная энтальпия сепарированного пара, кДж/кг;

Количество сепарационного пара

Объем парового пространства сепаратора

где — удельный объем пара при принятом давлении в расширителе; R-допустимое напряжение парового объема; R=800-1000 м³/(м³-ч). Объем сепаратора V_c = 1,43 V_n.

Установка сепараторов может быть многоступенча­той.

Насыщенный, пар

Рис. 10. Схема использования тепловой энергии непрерывной продувки

1 - котел; 2 - сепаратор; 3 - теплообменник

Годовая экономия условного топлива при использо­вании тепловой энергии только вторичного пара из се­паратора определяется по формуле (8). При этом при­нимается t_c (по абсо­лютному выражению) и (1 - )*( - t_c)=0.

Степень использования тепла продувочной воды мо­жет быть охарактеризована коэффициентом использова­ния . При установке сепа­ратора и теплообменника ср определяется по формуле

(10)

Если установлен только сепаратор, при расчете по формуле (10) принимают t_c, т. е. второй член в числителе равен нулю (табл. 6).